《传感器原理及其应用》期末考试

《传感器原理及其应⽤》期末考试

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《传感器原理及其应⽤》期末考试题库⼀、填空题（每空⼀分）1、依据传感器的⼯作原理，传感器分为 敏感元件、转换元件、测量电路 三个部分组成。2、半导体应变计应⽤较普遍的有 体型、薄膜型、扩展型、外延型 等。3、光电式传感器是将光信号转化为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 内光电效应、外光电效应、热释电效应 三种。4、光电流与暗电流的差称为 光电流 。5、光电管的⼯作点应选在 光电流 与 阳极电压 ⽆关的饱和区域内。6、⾦属丝应变传感器设计过程中为了减⼩横向效应，可以采⽤ 直线栅式应变计 和 箔式应变计 结构。7、反射式光纤位移传感器 在 位移 - 输出曲线的前坡呈 线性 关系，在后坡与 距离的平⽅成反⽐ 关系。8、根据热敏电阻的三种类型，其中 临界温度系数型 最适合开关型温度传感器。

9、画出达林顿光电三极管内部接线⽅式：略10、灵敏度是描述传感器的 输出量 与 输⼊量 敏感程度的特性参数，其定义为：传感器 输出量的变化值 与相应的 被测量变化值 之⽐，⽤公式表⽰为：k(x) = Δy/Δx 。11、线性度是指传感器的 输出量 与 输⼊量 之间是否保持理想线性特性的⼀种度量。按照所依据的基准线不同，线性度分为 理论线性度、 端基线性度、 独⽴线性度 、 最⼩⼆乘法线性度 等。最常⽤的是 最⼩⼆乘法线性度 。12、根据敏感元件材料的不同，将应变计分为 ⾦属式 和 半导体式 两⼤类。13、利⽤热效应的光电传感器包含 光---热 、热---电 两个阶段的信息变换过程。14、应变传感器的设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度的补偿⽅法有 电桥补偿法、 计算机补偿法、 应变计补偿法、 热敏电阻补偿法 。15、应变传感器⼀般是由 电阻应变⽚ 和 测量电路 两部分组成。16、传感器的静态特性有 灵敏度、 线性度、 迟滞、 稳定性、 灵敏度界限 。17、 在光照射条件下，电⼦逸出物体表⾯向外发射的现象称为 外光电效应 ，⼊射光改变物质导电率的物理现象称为 内光电效应 。18、光电管是⼀个装有 阴极 和 阳极 的真空玻璃管。19、光电管的频率响应是指⼀定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其 物理结构、 ⼯作状态、 负载 以及⼊射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为：Sr(f) = Sr/(1+4π2f2T2) 。20、内光电效应可分为 ⼴电导效应 和 光⽣伏特效应 。21、国家标准 GB 7665--87 对传感器的定义是：能够感受规定的被测量并按照⼀定的规律转换成 可⽤输出信号 的器件或装置，通常由 敏感元件 和 转换元件 组成。22、传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为 模拟量传感器 和 数字量传感器 。

23、传感器的静态特性的灵敏度⽤公式表⽰为： k(x) = 输出量变化值/输⼊量的变化值 = Δy/Δx .24、应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有⼀定的粘贴强度；能准确的传递应变； 蠕变⼩ ； 机械滞后⼩ ； 疲劳性好 ；具有⾜够的稳定性；对弹性元件和应变计不产⽣化学腐蚀作⽤；有适当的存储期；应有较⼤的温度适⽤范围。25、根据传感器感知外界所依据的基本效应，可以将传感器分为三⼤类：物理传感器、 化学传感器、 ⽣物传感器 。26、应变式测⼒与称重传感器根据弹性的结构形式的不同可分为 柱式传感器、 轮辐式传感器、 悬梁式传感器 和 环式传感器 。

27、⼤多数接收器对所感受的波长是有选择性的，接收器对不同波长的反应程度称为光谱灵敏度，其表达式为：S(λ) = U(λ)ϕ(λ) 。28、应变式传感器⼀般是由 电阻应变⽚ 和 测量电阻 两部分组成。29、应变式传感器的基本构成通常可以分为两部分： 弹性敏感元件 、 应变计 。30、传感器的种类繁多，根据传感器感知外界信息的基本效应，可将传感器分为 基于物理效应、基于化学效应、 分⼦识别 三⼤类。

31、长为1、截⾯积为A、电阻率为ρ、的⾦属丝或半导体丝，其电阻为：R = ρlA 。32、传感器的静态特性有 灵敏度、线性度、 迟滞、稳定性、灵敏度阈值 。33、温度补偿的⽅法有：电桥补偿法、 计算机补偿法、 应变计补偿法、 热敏电阻补偿法 。34、在应变⽚设计过程中，为了减⼩横向效应，可以采⽤ 直⾓栅式 应变计或 箔式 应变计。Processing math: 94%35、光电传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应可分为 光电导效应 和 光⽣伏特效应 。

36、应变计允许的最⾼⼯作频率 f 是应变计的重要参数，若应变波幅测量的相对误差为 e ，在该材料中的传播速度为 v ，则对于 L 的应变计，其 f= vπl√6e 。37、应变计根据敏感元件的材料不同，可分为 ⾦属式 和 半导体式 。38、应变测⼒传感器由 弹性体、 应变计 和 外壳 组成。

39、光敏电阻的温度特性公式是：α = R2−R1(T2−T1)R2×100 （R1 为在⼀定光照下温度为 T1 时的阻值）。40、电阻应变计，也称 应变计 或 应变⼒ ，是⼀种能将机械构件上的 应变的变化 转换成 电阻变化 的传感元件。41、⼀个⾼阶系统的传感器总可以看成是由若⼲个 零阶 系统、⼀阶 和 ⼆阶 系统组成。42、敏感光栅越窄，基长越长的应变计，其横向效应引起的误差越 ⼩ （ ⼤ / ⼩ ）。43、应变计的⾃补偿⽅法包括 选择式⾃补偿应变计 和 双⾦属敏感栅⾃补偿应变计 。44、光电倍增管是利⽤ ⼆次电⼦释放效应 ，将光电流在管内部放⼤。它由 光电阴极、 若⼲增极、 和 阳极 三部分组成。

45、传感器线性度公式 et = ±ΔmaxYFS×100 ，其中 YFS 表⽰的是 传感器满量程输出平均值 （100后⾯有个百分号）。

46、两个各有 G1(s) 和 G2(s) 传递函数的系统串联以后，如果其阻抗匹配合适，相互之间不影响彼此的⼯作状态，那么其传递函数为: G(s) = G1(s) ∗ G2(s) 。47、实验表明，⾦属线材的应变计实际灵敏度 k 恒 < （>、< 或 =）理论灵敏度系数 k0 ，其原因除了粘合剂、基⽚传递变形失真外，主要原因是存在 横向效应 。48、输⼊逐渐增加到某⼀值，与输⼊逐渐减⼩到同⼀⼊值时的输出值不相等，叫做 迟滞 现象， 迟滞差 表⽰这种不相等的程度。其值以 满量程 的输出 YFS 的百分数表⽰。49、悬臂梁作为弹性敏感元件，根据其截⾯形状的不同，⼀般可分为 等截⾯梁 和 等强度梁 。50、线性度和灵敏度式传感器的 静态 指标，频率响应特性是传感器的 动态 指标。51、光纤的类型按折射率变化类型有 跃阶折射率光纤 ， 渐变折射率光纤 ， 按传播的模式分类有 单模光纤 , 多模光纤 。52、相位型光纤传感器通常使⽤相位检测的⽅法，该⽅法包括： 零差检测 ， 外差检测 ， 合成外差检测 等三种⽅法。

53、厚度剪切模的⽯英振⼦固有共振频率为 ： f = 12h × CD66ρ 。54、法布⾥ - 珀罗⼲涉仪是由两块平⾏的部分透射平⾯镜组成的，这两块平⾯镜的 反射率 通常是⾮常⼤的，⼀般⼤于或等于 95% 。55、能保证⼀个湿敏器件正常⼯作的环境最⼤变化范围称为 湿度量程 。56、光线传播过程中由于 材料的吸收 , 散射 ， 弯曲处的辐射损耗 等的影响，不可避免的有所损耗。57、测量加速度的传感器种类很多，⽬前使⽤最⼴泛、最普遍的是 压电加速度传感器 。58、光纤的结构由 纤芯 ， 包层 ， 护套 三个部分组成。59、依据⼲涉型光纤传感器的基本原理，⽬前光纤传感器中采⽤四种不同的⼲涉测量结构，分别是 迈克⽿孙 ， 马赫 - 泽德 ， 萨格奈克 和 法布⾥ - 珀罗 。60、热敏电阻有三种类型，即 正温度系数型 ， 负温度系数型 ， 临界温度系数型 。61、光纤的导光能⼒取决于 纤芯 和 包层 的光学性能，数值孔径作为光纤的⼏个重要参数，根据光纤 纤芯折射率 n1 和 包层折射率 n2 ，数值孔径可以定义为 ： NA = n21 − n22 ,单模传输条件是： V < 2.404 。62、红外热辐射传感器，从原理上可分为： 热电型 和 光量⼦型 。63、光量⼦型传感器可以分为： 光导型 ，光电型 ， 光电磁型 ， 肖特基型 。64、传感器按⼯作原理可以分为：应变式 ， 电容式 ， 电感式 等。

65、传感器灵敏度的定义为：k(x) = ΔyΔx 。66、光电⼆极管是利⽤ PN结单向导电性 的结构光电器件。67、依据光纤传感器的原理可以分为 强度型（振幅型）光纤传感器 与 ⼲涉型光纤传感器 。68、从传感器的机理上，光纤传感器可以分为 振幅型 和 相位型 两种。69、某些晶体沿⼀定⽅向伸长或压缩时，其表⾯会产⽣电荷，这种效应叫 压电效应 。70、温度传感器从使⽤上⼤致可分为 接触型 和 ⾮接触型 。71、半导体应变⽚⼯作原理是基于 压阻 效应，其灵敏系数⽐⾦属应变⽚的灵敏度系数 ⼤⼗倍 。⼆、判断题√

√1、⼀个复杂的⾼阶系统总是可以看成是由若⼲个零阶、⼀阶和⼆阶系统串联⽽成的。 （√）

2、应变计的⾮线性度⼀般要求在 0.05%或1%以内。 （√）

3、电阻丝的横向效应可以⽤ H = ky/Kx = (n−l)ls/[2nl1+(n−1)ls] 表⽰，可见 ls(r) 越⼩，l1 越⼤，H越⼩。即敏感栅越窄，基长越长的应变计，其横向效应引起的误差越⼩。（√）

4、等臂电桥当电源电压及电阻相对变化⼀定时，电桥的输出及其灵敏度与各臂桥阻值的⼤⼩⽆关。 （√）

5、应变计粘合剂不但要求粘接⼒强，⽽且要求粘合层的剪切弹性模量最⼤，能真实的传递试件的应变。另外，粘合层应⾼的绝缘电阻、良好的防潮性防油性能以及使⽤简便等特点。（√）

6、光⽣伏特效应就是半导体材料吸收光能后，在PN结上产⽣电动势的效应。 （√）

7、传感器动态特性可⽤瞬态响应法和频率响应法分析。 （√）

8、三、单项选择题四、简答题

1、光⽣伏特效应如何产⽣？

答：当光照射到据表⾯很近的PN结时，如果光能⾜够⼤，光⼦能量⼤于半导体材料的禁带宽度，电⼦就能从阶带跃迁到导带成为⾃由电⼦。由于光⽣电⼦、空⽳在扩散过程中会分别与半导体中的空⽳、电⼦复合，因此载流⼦的寿命与扩散长度有关。只有PN结距表⾯的厚度⼩于扩散长度，才能形成光电流产⽣光⽣电动势。

2、什么是压电效应？压电传感器有哪些？

答：当某些晶体沿⼀定⽅向伸长或压缩时，在其表⾯上会产⽣电荷，这种效应称为压电效应。压电传感器有压电加速度传感器、压电谐振式传感器、声表⾯波传感器。

3、当吸附膜是绝缘材料、导电体或⾦属氧化物半导体时，SAW ⽓敏传感器的敏感机理？

答：当薄膜时绝缘材料时，其吸附⽓体引起密度的变化，进⽽引起 SAW 延迟线振荡器频率的偏移 ；当薄膜是导电体或⾦属氧化物半导体膜时，主要是由于导电率的变化引起 SAW 延迟线振荡器频率的偏移。

4、简述光纤传感器的优点？

答：1、具有很⾼的灵敏度2、频带宽动态范围⼤3、可依据实际变换形态4、可依据相近的技术基础制成传感器不同物理量的传感器，这些物理量包括声、磁、压⼒、温度、加速度、转动、位移、液位、流量、电流、辐射等。5、便于与计算机和光纤传输系统相连，易于实现系统的遥测和控制。6、可⽤于⾼温⾼压、强磁⼲扰、腐蚀等恶劣环境。7、结构简单、体积⼩、重量轻、耗能少。5、相位跟踪系统是由什么组成并简述其功能？